СПОСОБ ОГНЕВОГО ОБЕЗВРЕЖИВАНИЯ ГАЛОГЕН-, СЕРА-, ФОСФОРСОДЕРЖАЩИХ ОРГАНИЧЕСКИХ ОТХОДОВ Российский патент 2002 года по МПК F23G7/00 

Изобретение относится к области огневого обезвреживания промышленных органических отходов и может быть использовано в химической, нефтехимической, медицинской, машиностроительной и других отраслях промышленности.

Известен способ огневого обезвреживания галогенсодержащих органических отходов путем их термической обработки в токе продуктов сгорания топлива при температуре 1400-1500^oС в присутствии щелочноземельного реагента - Са(ОН)₂ в виде 30-35% водной суспензии (Патент России 2091107, А 62 D 3/00). В процессе обезвреживания образуются минеральные соли СаCl₂, CaF₂.

Недостатками этого способа являются:
1) большой избыток щелочноземельного реагента сверх теоретического расхода, обусловленный протеканием относительно медленной реакции нейтрализации на поверхности частиц в отличие от скоростных газофазных реакций при использовании щелочного реагента;
2) частичный гидролиз высокотемпературных продуктов - солей по реакциям:
СаCl₂+Н₂O-->2НCl+СаО;
CaF₂+H₂O-->2HF+CaO,
что приводит к выбросу с отходящими газами высокотоксичных газообразных кислот.

Известен также способ огневого обезвреживания производственных отходов, содержащих хлор- и фторорганические соединения, путем их термической обработки в высокотемпературных продуктах сгорания топлива, характеризующийся вводом нейтрализующей присадки - щелочноземельного реагента по ходу движения газов двумя потоками, причем первый поток, соответствующий стехиометрическому количеству присадки, подают в высокотемпературные продукты сгорания топлива перед подачей отходов, а второй в количестве 30-40% от стехиометрического - в отходящие газы с температурой 800-900^oС (Авторское свидетельство СССР 654831, F 23 G 7/04, 30.03.1979).

Этот способ выгодно отличается от предыдущего существенным сокращением расхода щелочноземельного реагента, однако сохраняется другой недостаток - гидролиз образующихся солей СаCl₂, CaF₂ и выброс газообразных токсичных кислот с отходящими газами.

Известен способ огневого обезвреживания галоген-, сера-, фосфорсодержащих органических отходов путем их впрыскивания в печь, нагретую до 900^oС и выше, и обработки их щелочным реагентом непосредственно в печи (Авторское свидетельство СССР 281273, С 02 F 1/02, 03.12.1970).

Образующиеся в процессе обезвреживания газообразные окислы и кислоты НCl, HF, SO₂, Р₄O₁₀ нейтрализуются непосредственно в печи щелочным реагентом (NaOH, Na₂CO₃, КОН, K₂СО₃) с образованием минеральных солей (NaCl, Na₂SO₄, Na₄P₂O₇ и др.).

Недостатками известного способа являются:
1) повышенная стоимость процесса обезвреживания вследствие относительно высокой цены щелочных реагентов (NaOH, Na₂CO₃, КОН, K₂СО₃);
2) ингибирование пламени углеводородного топлива в термическом реакторе (печи) солями натрия и калия NaCl, KCl, Na₂CO₃, К₂СО₃ и замедление процесса обезвреживания отходов.

Решаемая изобретением задача заключается в устранении указанных недостатков, в повышении экологической эффективности процесса при одновременном улучшении экономических показателей и надежности обезвреживания отходов.

Сформулированная задача решается за счет того, что в способе огневого обезвреживания галоген-, сера- и/или фосфорсодержащих органических отходов, включающем подачу в реактор отходов, нейтрализующей присадки и термическую обработку отходов, при подаче в реактор топлива, воздуха и отходов, ввод нейтрализующей присадки осуществляют по ходу движения газов двумя потоками: первый поток - щелочноземельный реагент подают непосредственно в зону термической обработки отходов с температурой 800-1500^oС, а второй поток - щелочной реагент - в зону дожигания высокотемпературных газообразных продуктов термической обработки, представляющую собой закрученный, циклонный, факел, при этом расход щелочноземельного реагента поддерживают на уровне 100-130 мас. % от стехиометрического количества, а расход щелочного реагента - 20-30 мас.% от стехиометрического количества.

Зона термической обработки отходов представляет собой псевдоожиженный слой.

Псевдоожиженный слой является вращающимся кипящим слоем.

Температуру в зоне термической обработки отходов поддерживают на уровне 800-900^oС.

Зона термической обработки отходов представляет собой закрученный, циклонный, факел.

Температуру в зоне термической обработки отходов поддерживают на уровне 1200-1500^oС.

Подача щелочноземельного реагента (Са(ОН)₂, СаО или СаСО₃) непосредственно в зону термической обработки отходов позволяет провести эффективное перемешивание нейтрализующего потока с продуктами сгорания отходов - кислотными газами НCl, HF, SO₂, Р₄O₁₀ с образованием нетоксичных минеральных солей СаCl₂, CaF₂, CaSO₄, Са₃(РO₄)₂. В зависимости от температурного уровня процесса термического обезвреживания отходов и степени перегрева реагента расход щелочноземельного реагента поддерживают на оптимальном уровне 100-130% от стехиометрического количества из условия образования приведенных выше солей кальция. При расходе нейтрализующего реагента менее 100% высокотемпературные газообразные продукты содержат повышенные концентрации токсичных кислотных газов НCl, HF, SO₂, Р₄O₁₀, что существенно усложняет их очистку.

Избыток щелочноземельного реагента более 30% сверх стехиометрического количества нецелесообразен как по экономическим соображениям, так и из-за возможности образования плотных отложений СаСО₃ по тракту охлаждения дымовых газов (СаО+СО₂-->СаСО₃).

При обезвреживании труднодиспергируемых крупнокусковых твердых и пастообразных органических отходов зона термической обработки отходов может быть выполнена в виде реактора псевдоожиженного слоя, характеризующегося высокой интенсивностью перемешивания частиц.

Для исключения возможности спекания частиц при относительно низкой температуре плавления минеральной составляющей отхода наиболее целесообразен вращающийся кипящий слой.

Температуру в зоне термической обработки отходов в реакторе кипящего слоя поддерживают на уровне 800-900^oС. При температурах в зоне ниже 800^oС наблюдается большой механический недожог в шлаке. При температурах в зоне выше 900^oС возможно шлакование слоя и нарушение процесса обезвреживания.

При обезвреживании жидких, пылевидных или диспергируемых твердых или пастообразных отходов зона термической обработки отходов представляет собой закрученный, циклонный факел, характеризующийся высокой интенсивностью тепло- и массообмена тонкодисперсных капель и частиц в газовом потоке.

Температурный уровень процесса термической обработки распыленных (диспергируемых) капель и частиц в закрученном потоке составляет 1200-1500^oС. При температурах менее 1200^oС при малом времени пребывания частиц отходов в закрученном факеле не обеспечивается выгорание супертоксичных органических соединений (полихлорированных бифенилов, диоксинов и фуранов). Поддержание температуры в закрученном, циклонном факеле зоны термической обработки отходов выше 1500^oС приводит к перерасходу топлива на процесс обезвреживания и повышению концентраций NO_x.

На выходе из зоны термической обработки отходов содержится некоторое количество кислотных газов НCl, HF, SO₂, Р₄O₁₀, что обусловлено протеканием процесса гидролиза минеральных продуктов СаCl₂ и CaF₂ и проскоком непрореагировавших окислов и кислот с дымовыми газами.

В зону дожигания газообразных продуктов обезвреживания, содержащих СО, С_mН_n, СН₄ и т.д. подают второй поток нейтрализующего реагента - раствор NaOH или Na₂СО₃ в количестве 20-30% от стехиометрического расхода из условия образования минеральных солей NaCl, Na₂SO₄, Na₄P₂O₇ и др.

Щелочной реагент в зоне дожигания взаимодействует с остатками кислых газов НCl, HF, SO₂, Р₄O₁₀ с получением вышеупомянутых солей.

Расход щелочного реагента менее 20% может оказаться недостаточным для полной ликвидации токсичных окислов и кислот.

Избыток щелочного реагента выше 30% нецелесообразен по экономическим соображениям, т. к. реакция нейтрализации осуществляется, в основном, в газовой фазе с высокой интенсивностью при незначительном локальном избытке реагента.

Этому способствует организация зоны дожигания высокотемпературных газов в виде закрученного, циклонного факела.

Оптимальный температурный уровень дожигания и нейтрализации газообразных продуктов в зоне дожигания - 1200-1300^oС.

Снижение температуры в зоне дожигания менее 1200^oС может привести к выбросу из установки огневого обезвреживания оксида углерода СО.

Превышение температуры газов в зоне дожигания более 1300^oС приводит к перерасходу топлива и дополнительному окислению атмосферного азота и выбросу NO_x с дымовыми газами.

Пример 1.

Огневое обезвреживание жидкого отхода - лекарственного препарата с истекшим сроком годности - фторотана С₂НClBrF₃. Предварительно жидкий отход смешивается с щелочноземельным реагентом Са(ОН)₂. Расход смеси в циклонную печь составляет 30 кг/ч, причем избыток Са(ОН)₂ сверх стехиометрического поддерживается на уровне 20%. В объеме печи при температуре отходящих газов 1250^oС осуществляется полное окисление фторотана и нейтрализация кислотных газов НCl, HF с образованием СаCl₂, СаF₂.

Состав отходящих из циклонной печи гaзoв, (oб.%): CO₂ 9,0%; O₂ 3,0%; СO 80 мг/м³; NO_x 150 мг/м³; НCl 195 мг/м³; HF 20 мг/м³.

В зоне дожигания отходящих газов, представляющей собой прямоугольный кирпичный газоход, подается второй поток нейтрализующей присадки 10%-ый раствор карбоната натрия, причем расход Na₂CO₃ составляет 20% от стехиометрического количества.

В газообразных продуктах обезвреживания при температуре на выходе из камеры дожигания 1200^oС кислотные газы НCl, HF, не обнаружены. Молекулярный бром улавливается в системе мокрой очистки газов.

Пример 2.

Огневое обезвреживание пастообразных серафосфорсодержащих отходов (содержание серы 5,75%, фосфора 8,75%).

Отходы подаются в реактор вращающегося кипящего слоя с нагрузкой 24 кг/ч в смеси с известью СаО, причем избыток щелочноземельного реагента сверх стехиометрического составляет 30%. При температуре в реакторе 920^oС осуществляется обезвреживание органических веществ и нейтрализация кислотных газов SO₂, SO₃, Р₄O₁₀ с образованием солей CaSO₄, Са₃(РO₄)₂. Остатки кислотных газов подвергают нейтрализации 17%-ым водным раствором Na₂СО₃ в циклонной камере дожигания при температуре 1250^oС. Расход щелочного реагента составляет 30% от стехиометрического расхода.

Состав газообразных продуктов обезвреживания: CO₂ 8,6 об.%; O₂ 5,7 об.%; СO 0,0 об.%; NO 69 ppm; SO₂ 48 мг/м³.

Изобретение относится к технологии сжигания жидких отходов и может быть использовано в химической, нефтехимической, медицинской, машиностроительной и других отраслях промышленности. Технический результат - повышение экологической эффективности процесса при одновременном улучшении экономических показателей и надежности обезвреживания отходов. Способ огневого обезвреживания отходов включает подачу в реактор отходов, нейтрализующей присадки и термическую обработку отходов при подаче в реактор топлива, воздуха и отходов, ввод нейтрализующей присадки осуществляют по ходу движения газов двумя потоками: первый поток - щелочноземельный реагент подают непосредственно в зону термической обработки отходов с температурой 800-1500^oС, а второй поток - щелочной реагент - в зону дожигания высокотемпературных газообразных продуктов термической обработки, представляющую собой закрученный, циклонный, факел, при этом расход щелочноземельного реагента поддерживают на уровне 100-130 мас.% от стехиометрического количества, а расход щелочного реагента - 20-30 мас.% от стехиометрического количества. Зона термической обработки отходов представляет собой псевдоожиженный слой. Псевдоожиженный слой является вращающимся кипящим слоем. Температуру в зоне термической обработки отходов поддерживают на уровне 800-900^oС. Зона термической обработки отходов представляет собой закрученный, циклонный, факел. Температуру в зоне термической обработки отходов поддерживают на уровне 1200-1500^oС. 5 з.п. ф-лы.

1. Способ огневого обезвреживания галоген-, сера- и/или фосфорсодержащих органических отходов, включающий подачу в реактор отходов и нейтрализующей присадки, термическую обработку отходов, отличающийся тем, что при подаче в реактор топлива, воздуха и отходов ввод нейтрализующей присадки осуществляют по ходу движения газов двумя потоками: первый поток - щелочноземельный реагент подают непосредственно в зону термической обработки отходов с температурой 800-1500^oС, а второй поток - щелочной реагент - в зону дожигания высокотемпературных газообразных продуктов термической обработки, представляющую собой закрученный, циклонный, факел, при этом расход щелочноземельного реагента поддерживают на уровне 100-130 мас. % от стехиометрического количества, а расход щелочного реагента - 20-30 мас. % от стехиометрического количества. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что зона термической обработки отходов представляет собой псевдоожиженный слой. 3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что псевдоожиженный слой является вращающимся кипящим слоем. 4. Способ по п. 2 или 3 отличающийся тем, что температуру в зоне термической обработки отходов поддерживают на уровне 800-900^oС. 5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что зона термической обработки отходов представляет собой закрученный, циклонный, факел. 6. Способ по п. 5, отличающийся тем, что температуру в зоне термической обработки отходов поддерживают на уровне 1200-1500^oС.